Desenvolvimento de um sistema integrado de gestão térmica para obtenção de hidrogênio via eletrólise alcalina sob pressão reduzida

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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí

Resumo

A crescente demanda por alternativas energéticas sustentáveis torna o hidrogênio um vetor estratégico na descarbonização de setores industriais e de transporte. Esta dissertação propõe o desenvolvimento de um sistema integrado de gestão térmica e reaproveitamento entálpico do hidrogênio gerado por eletrólise alcalina sob pressão reduzida. O sistema é composto por trocadores de calor duplo tubo em contrafluxo, um injetor Venturi e pastilhas Peltier, modelados por diferenças finitas e correlações empíricas. A proposta visa reduzir o consumo energético por meio do pré-aquecimento do fluido eletrolítico (50–80 °C) e o resfriamento do hidrogênio, o que contribui para diminuir a tensão reversível, os sobrepotenciais e aumentar a eficiência global do processo. A modelagem foi implementada em linguagem de programação Python, considerando variáveis como temperaturas, vazões, geometrias e propriedades dos fluidos. A taxa de produção de hidrogênio foi obtida com base na Lei de Faraday, e o desempenho do sistema foi avaliado por métricas como tensão reversível, sobrepotenciais e o consumo específico de energia. A simulação demonstrou que a integração térmica com o reaproveitamento da entalpia do fluido eletrolítico melhora significativamente a eficiência do sistema no início do processo, reduzindo o consumo específico e elevando a taxa de produção de hidrogênio. O sistema se mostrou eficaz tanto em aquecimento quanto em resfriamento, validando a seleção das pastilhas Peltier e a configuração dos trocadores de calor. Os resultados indicam que a abordagem é funcional e replicável, com potencial para extensão a outras geometrias e aplicações industriais. A estratégia de reaproveitamento entálpico representa uma contribuição relevante para o avanço de tecnologias limpas de geração de hidrogênio.

Description

Keywords

Hidrogênio, Eficiência termodinâmica, Reaproveitamento entálpico, Eletrólise otimizada

Citation

DAMASCENO, Paulo Henrique Rodrigues. Desenvolvimento de um sistema integrado de gestão térmica para obtenção de hidrogênio via eletrólise alcalina sob pressão reduzida. Orientador: Gilvan Moreira da Paz. 2025. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí, Campus Teresina Central, 2025.

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